霍爾式傳感器原理及應用

霍爾式傳感器原理及應用第1頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四帶電粒子在磁場中的運動會受到洛倫茲力FL的作用洛倫茲力FL的方向由左手定則決定洛倫茲力的作用結果，使帶電粒子偏向c，d電極在垂直于B和I的方向上產(chǎn)生一感應電動勢VH該現(xiàn)象稱為霍爾效應，所產(chǎn)生的電動勢VH稱為霍爾電勢1.基本原理厚度為d的N型半導體薄片上垂直作用了磁感應強度為B的磁場若在一個方向上通以電流IN型半導體中多數(shù)載流子為電子

——它沿與電流的相反方向運動第2頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四第3頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四霍爾電勢VH的大小

由下式?jīng)Q定：(3-48)式中KH——霍爾常數(shù)，表示單位磁感應強度和單位控制電流下所得的開路霍爾電勢，取決于材質、元件尺寸，并受溫度變化影響；

α——電流方向與磁場方向夾角，如兩者垂直，則sinα＝1。純金屬中自由電子濃度過高，霍爾效應微弱，無實用價值半導體是霍爾元件的常用材料材料的厚度d愈小，則KH就愈大、靈敏度愈高第4頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四2.霍爾傳感器的應用片芯是一塊矩形半導體薄片一般采用N形鍺、銻化銦、砷化銦、砷化鎵和磷砷化銦等長邊兩側面焊有兩根控制電流極引線，短邊兩側面的中點焊以兩導線

輸出霍爾電勢霍爾芯片一般用非磁性金屬、陶瓷或環(huán)氧樹脂封裝(3-48)式(3-48)可知，改變I或B，或兩者同時改變均會引起VH的變化利用該原理可以做成各種傳感元件霍爾傳感器的結構

第5頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四在磁場和控制電流的作用下，輸出端有電壓輸出使用時，I和B都可作為輸入信號，輸出信號正比于兩者的乘積建立霍爾電勢所需的時間極短(10-12~10-14)所測外界信號頻率可以很高(3-48)霍爾元件的基本電路

R為調節(jié)電阻，調節(jié)控制電流的大小VH兩端為霍爾電勢輸出端第6頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四霍爾元件可制成位移傳感器霍爾元件置于兩相反方向的磁場中在a、b兩端通入控制電流i左半產(chǎn)生的霍爾電勢VH1和右半產(chǎn)生的霍爾電勢VH2方向相反c，d兩端輸出電壓是VH1-VH2，若使初始位置時VH1=VH2，則輸出電壓為零。當霍爾元件相對于磁極作x方向位移時，可得到輸出電壓VH=VH1-VH2，且ΔVH數(shù)值正比于位移量Δx，正負方向取決于位移Δx的方向霍爾元件傳感器既能測量位移的大小，又能鑒別位移的方向第7頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四霍爾元件在靜止狀態(tài)下具有感受磁場的獨特能力霍爾元件的特點：

結構簡單可靠體積小噪聲低動態(tài)范圍大(輸出電壓變化范圍可達1000:1)頻率范圍寬(從直流到微波頻段)壽命長價格低第8頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四可以廣泛應用于測量：

位移可轉化為位移的力和加速度磁場變化應用中不用永久磁鐵產(chǎn)生的磁場，而是用一個可變電流作激磁的可變磁場，輸出電壓就決定于控制電流和激磁電流的乘積——霍爾元件就成了一種兩個模擬信號的乘法器

第9頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四第10頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四第11頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四第12頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四第13頁，共16頁，2023年，2月20